Využití kritického délkového parametru pro predikce únavové životnosti vrubovaných těles

Abstract

Únavová životnost je klíčovým aspektem při návrhu geometrie cyklicky namáhaných vrubovaných součástí. Přesná predikce je však stále výzvou a tyto přístupy se dodnes vyvíjí. Jedním z těchto přístupů je teorie kritických vzdáleností, která byla v dizertační práci využita. Cílem práce bylo navrhnout predikční metodu pro únavovou životnost kovových vzorků s vrubem založenou na teorii kritických vzdáleností, experimentálně ověřit vhodnost této metody pro predikci únavové životnosti a navrhnout její modifikaci směřující k přesnějším výsledkům. Byly provedeny únavové zkoušky hladkých a vrubovaných vzorků různých materiálů za použití ultrazvukového pulsátoru. Na základě těchto experimentálních dat a numerických analýz byly určeny hodnoty kritické vzdálenosti. Tato kritická vzdálenost, včetně její navržené modifikace, byla využita k predikci únavové životnosti vrubovaných vzorků v oblasti vysokocyklové a gigacyklové únavy, přičemž výsledky byly srovnány s experimentálními daty. Bylo zjištěno, že se kritická vzdálenost s rostoucím počtem cyklů zmenšuje. Významně také závisí na velikosti poloměru vrubu, proto je nutné délkový parametr před predikcí vždy modifikovat. Práce rozšiřuje aplikaci teorie kritických vzdáleností do oblasti vysokocyklové a gigacyklové únavy, přináší analýzu kritického parametru různých vrubů a navrhuje modifikaci teorie kritických vzdáleností vedoucí k přesnějším predikcím.

Fatigue life is a key aspect in the design of geometries of notched components subjected to cyclic loading. However, accurate prediction remains a challenge and various approaches are still being developed. One such approach is the theory of critical distances (TCD), which was used in this dissertation. The aim of the work was to develop a fatigue life prediction method for notched metallic specimens based on TCD, experimentally validate its applicability for fatigue life prediction, and propose a modification of the method to achieve more accurate results. Fatigue tests were carried out on smooth and notched specimens made from different materials using an ultrasonic pulsator. On the basis of the experimental data and numerical analyses, the values of the critical distance were determined. This critical distance, including the proposed modification, was then used to predict the fatigue life of notched specimens in both the high-cycle and gigacycle fatigue domains. The predictions were compared with the experimental data. It was found that the critical distance decreases with increasing number of cycles. It also depends significantly on the notch radius, and therefore the critical length parameter must always be adjusted before making predictions. The study extends the application of the TCD to the high-cycle and giga-cycle fatigue domains, provides an analysis of the critical parameter for various notch geometries, and proposes a modification of the theory leading to more accurate predictions.